富水软弱地层盾构穿越建筑物群施工控制研究

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1、富水软弱地层盾构穿越建筑物群施工控制研究　　摘要：苏州轨道交通2号线盾构区间共需穿越各类建筑物570栋，由于盾构在富水软弱地层中掘进，沉降控制极为困难。研究表明：盾构应采用复合式或面板式的刀盘，推速宜采用～/min；当同步注浆注入、二次补浆注入的情况下，可分别将地表沉降和建筑物沉降控制在16mm和20mm内；所研发的新型同步浆液可有效避免堵管现象并兼顾沉降控制效果。研究成果成功应用于苏州穿越建筑物群工程，可为今后类似工程提供参考。关键词：富水软弱地层；穿越建筑物；施工控制　　引言：苏州轨道交通2号线长约，总体呈南北走向，共15个地下区间，均采用土压平衡盾构法施工。受苏州城市道路特点限制，2

2、号线多处存在小半径转弯，并多次遇丁字路后穿越居民小区，因此造成2号线正穿或侧穿各类建筑物共计570栋，所穿越建筑物类型包括老旧小区居民楼、市保护性建筑、街边店铺、厂房等。盾构能否安全穿越这些建筑物，直接关系到苏州广大市民的正常生产和生活，也是影响2号线工程安全的核心所在。　　本文依托苏州轨道交通2号线盾构穿越建筑物群工程，通过理论分析、现场试验和室内试验等，在盾构设备性能要求、掘进技术措施、新型同步注浆浆液等方面研究提出了富水软弱地层盾构穿越建筑物群的沉降控制办法，并探讨提出了相应的沉降控制标准。　　一、掘进过程控制技术与标准　　2号线开工前，在正施工的1号线中选择与2号线地层相似的多个标

3、段，开展现场试验研究。　　1、地表沉降控制试验　　在1号线I-TS-01标开展现场试验，主要对推进速度进行对比研究，当推进速度减慢后，地表沉降有着显著下降，究其原因，推进速度过快时，盾构对地层的扰动强度大，另外某些施工工序可能因时间不足而出现纰漏。但是，推速也不宜过慢，过慢则对地层的扰动时间过长，因此～/min的推速为最佳。　　在1号线I-TS-11标开展同步注浆材料以及二次补浆试验。从图1可以看出，若同步注浆使用惰性浆液，在盾尾脱出阶段，沉降曲线快速下沉，而若同步注浆使用可硬性浆液，则可使沉降曲线在盾尾脱出阶段缓慢下沉。图1同时也表明，二次补浆具有明显的控制沉降效果，甚至可使地面沉降有所

4、抬升。　　使用惰性浆液及二次补浆使用可硬性浆液及二次补浆　　试验表明：当同步注浆量达到、二次补浆达到时，施工期沉降可控制在，再考虑2mm的后期固结沉降，地表最终沉降能控制在16mm内。　　二、沉降控制标准　　多个标段的现场试验研究表明，在合理的推进速度以及足量的同步注浆量和二次补浆量的情况下，地表沉降可控制在+6mm～-16mm。考虑到建筑物的附加应力对沉降控制的不利影响，建筑物的沉降控制标准定为+6mm～-20mm之间。同时参考国家规范及其他地方标准，采取三级警示制度，制定了苏州轨道交通2号线穿越建筑物的沉降控制标准如表1所示。　　三、新型同步注浆浆液研发　　1、传统浆液的不足及堵管影响

5、　　可硬性浆液虽能较好控制沉降，但该种浆液保水性差且凝结速度快，易发生堵管。注浆管一旦被堵，将难以注入足量的浆量，另外，由于疏通管路较为耗力耗时，将会导致盾构长时间停机。而根据苏州轨道交通1号线盾构施工经验，盾构在富水软弱地层停机时间过长，对沉降控制极为不利。　　2、新型浆液研发　　为了兼顾沉降控制效果并避免发生堵管现象，在经过调研、室内试验和工程现场验证后，研究开发了以消石灰为主要原料的“准厚浆”。考虑到工程应用需要及现场检测的方便，新型浆液以塌落度和凝结时间为核心控制指标，兼顾稠度、强度、密度等其他指标。图2为实验室测出的准厚浆的坍落度、稠度随时间变化曲线。　　四、盾构机性能要求及验收

6、办法　　1、盾构机性能要求　　盾构刀盘应为面板式或复合式，开口率在28～43%。苏州富水软弱地层的自稳性差，若采用开口率大的辐条式刀盘，开挖面稳定较难控制。1号线曾出现因采用辐条式刀盘而难以控制沉降的案例。　　盾尾密封3道及以上，密封刷为进口且在国内具有良好信誉的知名品牌。2号线穿越建筑物对同步注浆及二次补浆的使用量大，盾尾刷会承受较大压力，应从产品质量方面减小其被击穿的可能性。　　盾构切削外径与管片外径之间的距离不大于70mm。通过控制盾尾空隙可直接减小对地层的扰动。　　如采用铰接式盾构机，必须为主动铰接，在铰接处必须具有1MPa及以上防水能力。本条主要是考虑苏州地层含大量富水粉细砂的情

7、况。　　盾构机额定扭矩大于4000KN?m，额定推力大于3200T。在砂性地层中掘进时，往往容易产生推力扭矩较大的情况，故作出此条要求。　　6～10、刀盘具备超前注浆功能；刀盘上有4个及以上添加剂注入口；螺旋输送机有2道防水闸门；土舱内装有3个及以上的土压计；各区域推进千斤顶最大可伸长量相等。　　2、验收办法　　根据工程进度，分三次进行验收：第一次验收为，在外地已使用过的盾构机或新购置的盾构机进入苏州前，以及苏州轨道交通